生態(tài)工程組合工藝應(yīng)用于城市污水處理廠尾水深度處理

摘 要：城市污水的排放與處理，是城市可持續(xù)發(fā)展的重要影響因素。城市污水中磷、氮等物質(zhì)含量較高，應(yīng)用可靠的技術(shù)和科學(xué)的方法對處理廠尾水進(jìn)行二次深度處理，避免因隨意排放造成城市水體污染及富營養(yǎng)化問題。現(xiàn)階段運用的生態(tài)工程工藝技術(shù)，是更環(huán)保的污水處理工藝技術(shù)。借助濕地的自我凈化和生物反應(yīng)等方式，形成組合凈水工藝流程，滿足污水處理中對尾水進(jìn)行深度處理的應(yīng)用需求。本文依據(jù)城市污水處理廠尾水水質(zhì)的特點，采用生態(tài)工程組合工藝對尾水進(jìn)行凈化，包括生態(tài)氧化池、人工濕地、自然濕地等工藝，詳細(xì)分析組合工藝在城市污水處理廠對污水進(jìn)行處理中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：生態(tài)工程；污水處理；尾水深度處理文章編號：2095-4085（2024）06-0010-03

0 引言

為改善受納水體的水環(huán)境質(zhì)量，降低入河污染負(fù)荷，促進(jìn)水資源優(yōu)化利用，需對污水處理廠尾水進(jìn)行深度處理。采用生態(tài)組合工藝凈化污水廠尾水，技術(shù)成熟可靠，無論是建設(shè)投資，還是后續(xù)運行費用都較低，不僅經(jīng)濟(jì)效益好，也符合城市綠色環(huán)保的發(fā)展理念，是目前更科學(xué)的對城市污水處理廠尾水進(jìn)行深度處理的工藝技術(shù)之一。

1 生態(tài)工程組合工藝的概述

生態(tài)工程處理的方式要符合環(huán)保和節(jié)能的要求。利用微生物分解吸收、植被吸附過濾等方式，實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的目標(biāo)。去除污水處理廠尾水中磷、氮和有機(jī)物等，使水質(zhì)符合地表水質(zhì)Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)要求，作為中水回收再利用，對保護(hù)城市生態(tài)環(huán)境具有重要意義。采用生態(tài)組合工藝，對城市污水廠尾水進(jìn)行深度處理，效果顯著。環(huán)境溫度、濕度等是影響微生物和植被生長的重要因素，利用單一生態(tài)處理工程的方式，處理城市污水處理廠尾水的效果不理想，且工程建設(shè)占地面積較大。利用多級生態(tài)組合工藝進(jìn)行工程建設(shè)，能更好地克服這些不利因素。運用制造厭氧環(huán)境、人工濕地凈化等手段，達(dá)到對污水廠尾水深度處理的目標(biāo)。

2 生態(tài)工程組合工藝的常見技術(shù)分析

2.1 人工濕地技術(shù)

人工濕地是指通過模擬自然濕地原理，以人為方式建設(shè)的濕地。人為設(shè)計與建造的濕地是包括基質(zhì)、挺水植物、沉水植物、微生物及水體等組成的復(fù)合體，前期建設(shè)的投入成本低，可以滿足城市污水尾水深度處理的應(yīng)用需求［1］。人工濕地工程運行效率高，出水水質(zhì)穩(wěn)定，對水質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測與調(diào)控管理時也更加便捷。垂直潛流人工濕地是污水縱向流過填料的濕地。污水從表面流向填料床底部的濕地稱為下行流人工濕地，下行流人工濕地的床體處于不飽和狀態(tài)，氧氣通過大氣擴(kuò)散和植物傳輸進(jìn)入人工濕地系統(tǒng)。污水從填料床底部流向表面的濕地稱為上行流人工濕地，上行流人工濕地去除污染物的部位與機(jī)理會有相應(yīng)的改變。垂直潛流人工濕地系統(tǒng)的水流狀態(tài)，是維持系統(tǒng)正常運行并充分發(fā)揮凈化效果的重要因素。

2.2 生物濾池技術(shù)

生物濾池技術(shù)，是利用微生物的分解和降解作用，實現(xiàn)對污水處理廠的污水進(jìn)行深度處理的技術(shù)。生物濾池工程的規(guī)模一般較小，占地面積不大，尾水凈化處理前期的成本投入較低，適合于對規(guī)模較大的城市污水處理廠尾水進(jìn)行處理。目前常見的生物濾池工程多為曝氣生物濾池，相較于傳統(tǒng)的活性炭吸附和過濾等方式，生物濾池技術(shù)的有機(jī)物負(fù)荷更高，通過氣浮方式，能更好地提升生物濾池中微生物氧化分解的效率和質(zhì)量。在生物濾池技術(shù)實踐應(yīng)用中，可達(dá)到較好的去除城市污水尾水中COD、氨氮物質(zhì)、氮磷化物等污染物的效果。生物濾池對進(jìn)水水質(zhì)有一定要求，以SS≤60mg/L為宜。實際應(yīng)用中，要先對城市污水尾水進(jìn)行預(yù)處理，一般和其他生態(tài)工程凈水工藝組合應(yīng)用。

2.3 生物反應(yīng)技術(shù)

生物反應(yīng)技術(shù)是利用生化和物化集成反應(yīng)對污水尾水進(jìn)行凈化處理的技術(shù)。設(shè)計過中，將生物反應(yīng)技術(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)構(gòu)形態(tài)更固定的生物反應(yīng)器。對于污染物質(zhì)含量較高的尾水，具有更好的凈化處理效果，處理后的水體可作為冷卻用水等進(jìn)行循環(huán)再利用，在工業(yè)污水處理中被廣泛應(yīng)用。應(yīng)用生物反應(yīng)技術(shù)對污水尾水進(jìn)行凈化處理過程中，要有一定的反沖洗用水，用于反應(yīng)器內(nèi)部環(huán)境的凈化處理，凈水處理的成本會有所增加。由于污水處理廠尾水中較為特殊的污染物質(zhì)含量偏低，在生物反應(yīng)技術(shù)方面的實踐應(yīng)用較少。

3 城市污水處理廠尾水深度處理的概述

城市污水處理后的尾水，必須經(jīng)過質(zhì)檢合格后才能進(jìn)行排放，這是城市污水處理廠必須對尾水進(jìn)行深度處理的重要原因。城市污水中磷、氮和有機(jī)物質(zhì)等含量較高，如果采用傳統(tǒng)的理化方式進(jìn)行處理，存在成本高、效果差的明顯缺點。對尾水進(jìn)行深度處理，是城市污水處理的重點研究課題，城市污水處理廠尾水深度處理技術(shù)，在我國的應(yīng)用起步較晚。城市污水的排放對周邊生態(tài)環(huán)境造成一定的污染，產(chǎn)生負(fù)面影響。城市污水處理廠尾水的深度處理和回收利用，必須達(dá)到相關(guān)國標(biāo)規(guī)定，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)［2］。城市污水深度處理后尾水的出水水質(zhì)和受納水體之間存在一定的差距，這些水體在排放、使用的過程中依然會對自然水資源造成污染和破壞。傳統(tǒng)的過濾、沉淀等工藝技術(shù)，不能起到去除凈化磷、氮和有機(jī)物質(zhì)的作用，更多研究人員通過采取生態(tài)工程的方式，進(jìn)行組合凈化處理，通過多級凈化的方式，達(dá)到高效率、高質(zhì)量對尾水進(jìn)行深度處理的目標(biāo)。

4 生態(tài)工程組合工藝在污水尾水深度處理中的應(yīng)用

4.1 工程背景概述

《山西省水環(huán)境質(zhì)量鞏固提升2021年行動計劃的通知》（晉政辦發(fā)［2021］64號）中提出，污水處理廠排放口要因地制宜建設(shè)小型人工濕地工程，提升排水入河前最后一公里治理能效。城市污水尾水深度處理，不僅有效去除尾水中含有的污染性物質(zhì)，還可通過生態(tài)工程組合工藝的方式，對污水處理廠周邊生態(tài)環(huán)境進(jìn)行有效治理，改善環(huán)境。通過生態(tài)保護(hù)和人工修復(fù)的方式建設(shè)人工濕地，實現(xiàn)對城市水資源的有效保護(hù)。使用生態(tài)工程技術(shù)對城市污水廠尾水進(jìn)行深度處理，能夠較好地將經(jīng)過深度處理的尾水和周邊生態(tài)環(huán)境進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，如湖泊、河流、濕地等，特別是水質(zhì)較差的區(qū)域，可以利用城市污水廠尾水深度處理的方式，達(dá)到統(tǒng)一凈化的目標(biāo)。凈化的污水達(dá)到生態(tài)水系標(biāo)準(zhǔn)后，可作為生態(tài)景觀補(bǔ)充用水、綠地灌溉用水和人行道沖洗用水等進(jìn)行再利用，進(jìn)一步提升中水的循環(huán)利用效率［3］。在利用生態(tài)工程進(jìn)行城市污水尾水深度處理的過程中，要建設(shè)配套的人工濕地工程，以此為核心，打造周邊生態(tài)景觀旅游地，建成集休憩、娛樂為一體的良好景觀工程，有效提升生態(tài)工程項目的價值，意義重大。

4.2 處理工藝流程

為確保有效去除污水處理廠尾水中的污染物質(zhì)，在人工濕地前配套建設(shè)生態(tài)氧化池，能有效實現(xiàn)尾水中磷、氮和其他有機(jī)污染物的氧化反應(yīng)，利用植物吸收一部分有機(jī)物質(zhì)，作為植物生長的肥料。生態(tài)氧化池中設(shè)置生物浮床，微生物和植物等都可以附著在生物浮床上生長，對提升硝化反應(yīng)、反硝化反應(yīng)效率具有重要意義。通過生態(tài)氧化池反應(yīng)后的尾水，經(jīng)過專門的管道排放到人工濕地區(qū)域，再配置適宜植物和微生物生長的營養(yǎng)基質(zhì)，構(gòu)成更加穩(wěn)定的復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)。通過植物過濾、根系吸附、離子交換沉淀、微生物分解等多種方式進(jìn)一步達(dá)到對尾水中污染物質(zhì)濾除的目的。人工濕地和自然濕地區(qū)域相互連接，尾水通過塘床交替的方式實現(xiàn)傳遞，不會對自然濕地的生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生干擾和破壞，在自我調(diào)節(jié)范圍之內(nèi)實現(xiàn)水體的有效凈化。經(jīng)過生態(tài)工程組合工藝，使深度處理后的污水處理廠尾水排放標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到地表水質(zhì)Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)，和生態(tài)景觀的中央水系形成直接連接，根據(jù)實際情況，進(jìn)行科學(xué)合理的應(yīng)用。

4.3 泵站工程建設(shè)

泵站是污水處理廠尾水進(jìn)入深度處理的重要場所，泵房形式取決于泵站性質(zhì)、建設(shè)規(guī)模、選用的泵性與臺數(shù)、進(jìn)出水管渠的深度與位置、出水壓力與接納泵站出水的條件、施工方法、管理水平以及地形、水文地質(zhì)情況等諸多因素。值得注意的是，為更好地保證水泵的運行效率和可靠性，一般要增加一套備用潛水泵設(shè)備，應(yīng)對可能發(fā)生的突發(fā)情況。城市污水處理廠的尾水，一般通過自流管道直接進(jìn)入到泵坑中，經(jīng)過潛水泵提升至能流入到生態(tài)氧化池中的高度，經(jīng)過分解處理，達(dá)到凈化水質(zhì)的目的［4］。利用潛水泵，將泵坑中待處理的污水尾水提升至后續(xù)反應(yīng)池的區(qū)域內(nèi)。對污水進(jìn)行抽水提升，是泵站工程建設(shè)的主要目的。

4.4 生態(tài)氧化池建設(shè)

生態(tài)氧化池一般呈橢圓狀，按照其常規(guī)的分布位置，要并聯(lián)劃分為數(shù)格進(jìn)行垂直式的分流凈化，氧化池內(nèi)的進(jìn)水可采取分段折流進(jìn)水的方式得以實現(xiàn)。城市污水處理廠的尾水，在生態(tài)氧化池內(nèi)停留的時間，必須滿足尾水氧化、硝化等反應(yīng)的要求，一般以3h為宜。為更好地保證生態(tài)氧化池內(nèi)微生物、植物等和污水尾水中的磷、氮、有機(jī)物等充分反應(yīng)，要在生態(tài)氧化池內(nèi)增加生物膜反應(yīng)池和氧化塘等結(jié)構(gòu)，最大限度的達(dá)到對污染物進(jìn)行截流、充分氧化的目的。在生物膜反應(yīng)池的運行過程中，由于污染物的不斷累積，膜的運行阻力會有所增加，技術(shù)人員要對污染物進(jìn)行硝化、反硝化處理，達(dá)到脫氮目的，確保更好地完成對城市污水處理廠尾水的深度處理。生物浮島和微生物床填料能更好地保證植被、微生物的吸附生長，生物浮島和微生物床的結(jié)構(gòu)內(nèi)部有大量空洞，更好地達(dá)到對城市污水處理廠尾水進(jìn)行凈化處理的效果。

4.5 人工濕地建設(shè)

人工濕地建設(shè)中，用基質(zhì)填料進(jìn)行墊底填充，在其中布置大量的碎石、粗砂等作為基礎(chǔ)，不同直徑尺寸砂石顆粒的組合鋪墊，可有效保證人工濕地內(nèi)部水體、植被和微生物等分布均勻。在人工濕地的規(guī)劃設(shè)計中，按照人工濕地的建設(shè)規(guī)模和凈水需求，對獨立進(jìn)水單元進(jìn)行劃分，每個單元之間通過PLC控制的方式實現(xiàn)有效連接，實現(xiàn)對人工濕地城市污水處理廠尾水凈化可調(diào)節(jié)性的目標(biāo)。經(jīng)過生物氧化處理后的尾水進(jìn)入人工濕地后，濕地中的植被、微生物等通過過濾、吸附和分解等達(dá)到對城市污水處理廠的尾水進(jìn)行處理的效果，多個獨立單元可以同時完成，使凈化效率得到有效提升。經(jīng)人工濕地處理后的尾水會從專門的管道排出，有利于水質(zhì)檢測裝置對凈化處理的效果進(jìn)行有效監(jiān)督。人工濕地中種植的植被類型必須適應(yīng)當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件，不僅考慮植被的景觀效果，還要考慮植被的生態(tài)效益，形成良好的生態(tài)植物群落，真正達(dá)到既治理污水，又美化環(huán)境，還維護(hù)生物多樣性的效果。挺水植物、沉水植物、漂浮植物綜合配置，建立起更好地水中生態(tài)體系。

4.6 自然濕地建設(shè)

自然濕地是生態(tài)工程組合工藝中最后的一環(huán)，充分利用污水處理廠周邊良好的自然環(huán)境，達(dá)到治理污水的目的。增加人工濕地和自然濕地間塘床的科學(xué)設(shè)計，實現(xiàn)濕地間水體凈化的交替作業(yè)，對城市污水處理廠的尾水進(jìn)行深度處理具有重要意義。許多城市具備濕地資源，尤其在南方地區(qū)，濕地資源更加豐富。由于人為破壞、保護(hù)不力等，有的城市濕地資源流失嚴(yán)重，對城市的生態(tài)環(huán)境造成巨大的負(fù)面影響。自然濕地系統(tǒng)作為城市污水處理廠尾水凈化的末端系統(tǒng)，設(shè)計和技術(shù)人員要充分考慮自然濕地對周邊生態(tài)環(huán)境和基建工程的要求，將自然濕地劃分為一區(qū)和二區(qū)，分別進(jìn)行規(guī)劃建設(shè)，既保證尾水深度凈化處理符合設(shè)計要求，又達(dá)到修復(fù)城市濕地生態(tài)和氣候調(diào)節(jié)的目的。

4.7 處理效果分析

襄汾縣污水處理廠尾水凈化處理工程，通過增加濕地功能區(qū)，有效改善了尾水水質(zhì)，在60畝人工濕地中栽種蘆葦和茭白，建立起良好的生態(tài)景觀。在城市污水處理廠尾水深度處理生態(tài)工程建設(shè)中，組合工藝系統(tǒng)建設(shè)發(fā)揮著重要作用。在泵站入水點、自然濕地出水點等位置設(shè)置專門的水質(zhì)檢測裝置，通過固定頻率采樣監(jiān)測的方式，更好地掌握生態(tài)工程系統(tǒng)對尾水的凈化效果。該濕地系統(tǒng)中建有二沉池、人工濕地、加氯間、回水池等，三臺潛水提升泵，用二備一。濕地每天可降解404.8kgBOD5。在加氯間設(shè)置水質(zhì)監(jiān)測裝置，有效測定水體中的余氯量，對控制水體PH值發(fā)揮著重要作用，達(dá)到三級凈水深度處理后的效果。生化床和人工濕地的組合應(yīng)用，在治理生態(tài)環(huán)境中，優(yōu)勢顯著。生態(tài)工程組合工藝系統(tǒng)在實際運行過程中，狀態(tài)穩(wěn)定。自然濕地末端的出水水質(zhì)良好，達(dá)到地表水質(zhì)Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)的要求，為城市提供了較為穩(wěn)定、優(yōu)質(zhì)的回水水源，實現(xiàn)城市污水處理廠尾水資源有效利用的目標(biāo)。

5 結(jié)語

城市污水處理廠尾水，要經(jīng)過深度處理后才能夠達(dá)到回用水的標(biāo)準(zhǔn)要求。技術(shù)人員利用生態(tài)工程工藝對污水進(jìn)處理。首先，通過生態(tài)氧化的方式將尾水中的磷、氮等物質(zhì)進(jìn)行氧化處理。其次，處理后的污水排放到人工濕地后，依靠微生物氧化分解和植物過濾吸附等，實現(xiàn)對尾水的凈化。在生態(tài)工程組合工藝的末端，連接自然濕地系統(tǒng)，達(dá)到交替凈化處理的效果，不斷提升城市處理廠治理污水尾水的水平，提高深度處理污水的效率和質(zhì)量，達(dá)到保護(hù)污水廠周邊生態(tài)環(huán)境的目標(biāo)，實現(xiàn)城市對水資源保護(hù)的目標(biāo)。

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